基于能值-生态足迹的贵州高原典型喀斯特区域水资源可持续评价研究

【目的】深入剖析喀斯特地区水资源利用问题,从自然资源供应与需求关系辨析水资源利用状况,以期为喀斯特地区水资源高效开发利用与可持续发展提供科学依据和有益参考。【方法】生态足迹模型是生态经济学中测量人类社会资源消耗的经典方法,基于能量流的能值生态足迹模型是该领域研究的最新成果。本研究选取贵州高原典型喀斯特区域—南明河流域为研究对象,基于2010—2020年南明河流域的用水量、供水量等数据,运用能值水资源生态足迹模型系统地分析了南明河流域2010—2020年的水生态足迹、水生态承载力、水生态赤字和生态压力等变化情况。【结果】①2010—2020年,南明河流域水资源能值生态足迹年均值为1.080 hm^(2)/人,水资源能值生态承载力年均值为0.562 hm^(2)/人,水资源生态赤字明显,但整体呈逐年下降趋势;②南明河流域水资源生态压力指数年均值达2.004,处于亚安全状态,生态系统承受压力在较安全范围;③2010—2020年,南明河流域水资源生态经济协调指数年均值为1.345,接近最佳协调状态(1.414),水资源经济协调性整体较好。【结论】总体来看,南明河流域人均能值生态足迹、万元GDP和生态赤字呈逐年下降趋势,生态承载力、生态压力和生态经济协调指数呈现上下波动态势,水资源利用整体向好的方面发展。

雄安新区“三生空间”耦合协调评估及生态安全格局优化

作为中国国家战略层面的首个高标准、高质量、新理念的“智慧未来之城”,雄安新区三生空间生态安全格局的合理优化是实现区域可持续发展的基本前提。基于雄安新区2012、2017、2022年的三期土地利用类型数据,通过构建“三生空间”评价体系,采用熵值法与耦合协调模型对区域建设前后的耦合协调发展水平进行了分析,并利用形态学空间格局分析识别了雄安新区的重要生态源地,最后通过最小累积阻力模型构建并优化了区域生态安全格局。结果表明,1)雄安新区生产空间逐渐减少以及生态空间和生活空间逐渐增加;生产空间从2012年的69.2%下降到2022年的57.6%,而生态空间和生活空间分别总增长44.8%与29.7%。2)在2012、2017、2022年三生空间耦合协调度的空间分布差异不显著,空间面积不断提升;以安新县的白洋淀区域的耦合协调度最高。3)雄安新区的生态源地斑块数量和面积及其生态廊道在白洋淀生态核心区呈现出逐渐增长特征。生态保护区域则以白洋淀区域为主体,河道为纽带,城镇绿地为卫星点面的格局。在生态安全格局优化方面,雄安新区的安新县以生态保护为主,而雄县和容城县则需要提升生态质量;三条生态修复线突出了河道生态保护与修复的重要性。在绿色生态宜居“智慧未来之城”的目标指引下,该优化策略不仅在宏观层面上保护了以白洋淀为核心的区域生态安全,而且在微观层面上为未来三生空间的耦合协调发展提供了指导,也为区域的生态系统服务、生物多样性和可持续发展提供坚实的生态基础。

岩溶地区坡耕地时空动态变化及其生态服务功能评估

中国西南岩溶地区坡耕地受人类活动强烈作用,生态问题突出,定量评估其时空动态变化与生态服务功能,对于区域石漠化治理、生态建设、扶贫开发都具有重要意义。该研究以贵州省为例,利用2000年、2005年、2010年3 a多时相、多源遥感影像建立土地利用数据,结合坡度、岩性、聚落、交通条件,运用土地利用动态模型、综合热区域模型、生态服务价值模型,对2000年以来贵州岩溶地区坡耕地时空动态变化及生态服务功能进行分析,旨在弄清岩溶地区坡耕地时空动态变化的特征,为坡耕地管理利用提供参考。结果表明：1）10 a来贵州岩溶地区耕地资源减少0.44万km2,80%是坡耕地;坡度6°-15°区域集中分布了最多的耕地资源;随着坡度梯度增加,坡耕地减少幅度增大,分布比例大幅下降;2）岩溶地区坡耕地分布与基质岩性具有明显相关性,灰岩地区坡耕地（尤其陡坡耕地）比例、数量规模明显高于白云岩地区;白云岩地区坡耕地较多地分布在缓坡地带;3）空间上,一方面,10 a来距聚落大于900 m地区成为坡耕地转出的主要区域,但目前这一区域的陡坡耕地仍较多,应加快其退耕步伐;另一方面,坡耕地退耕过程表现出明显的公路指向性,在坡耕地转出土地距公路500 m内集中了近30%的坡耕地转出土地,随着距离增加,坡耕地转出土地的比例降低;4）贵州岩溶地区坡耕地转出形成了2个热点地区：临长江的乌江下游遵义东北和铜仁、黔中高原面的贵阳和安顺市周边;5）2000年以来贵州岩溶地区坡耕地退耕产生了良好的生态效应,坡耕地转出土地生态系统的生态服务价值估算为4399.81万元/a。总之,岩溶地区坡耕地10 a来变化显著,生态效应明显,但现存坡耕地的分类管理、高效利用仍任重道远。

岩溶山区景观多样性变化的生态学意义对比——以贵州四个典型地区为例

岩溶石漠化是中国西南典型的土地退化,但关于岩溶山区景观多样性的研究还不多见。岩溶山区景观异质性强,景观格局空间差异大,岩溶山区土地利用/土地覆被变化引起的景观多样性变化,其生态学意义有何差异,值得开展研究。采用高分辨率的航片和遥感影像,以100m×100m网格为单元,分析了贵州省王家寨、后寨河、花江和茂兰4个典型岩溶地点的景观多样性指数在1963年和2004年的空间分布。把4个研究地点景观多样性指数空间分布图与其土地退化图结合起来,对比其多样性指数变化与土地退化和生态恢复的关系。结果表明:(1)茂兰、后寨河和花江多样性指数都表现出随距聚落距离增加而减小的趋势,王家寨1963年和2004年则表现出随距聚落距离增加,多样性指数先减小后增加。(2)茂兰地区以森林为基质,后寨河地区坡耕地退耕为林、灌、草地,土地利用方式单一,景观破碎化程度降低;因此,茂兰、后寨河地区多样性指数的降低表明该地区生态实质上有所恢复;花江地区土地利用/土地覆被逐渐向多样化方向发展,石漠化景观逐渐被林灌斑块代替,多样性指数升高表明该地区植被有所恢复;王家寨地区峰丛坡地多样性指数增加表示生态有所恢复。(3)研究地点多样性的升、降不能简单地与生态变好、变差直接联系。只有正确区分岩溶地区的景观基质,才能准确运用景观指数分析石漠化土地的变化趋势。

岩溶山区聚落格局演变等级效应及其与交通条件的关系——以贵州省后寨河、王家寨、茂兰地区为例

运用1963年、80年代2004年三期高分辩率影像数据源和GIS分析方法,以贵州省后寨河、王家寨、茂兰地区为例,按空间规模将聚落分为五级,并探讨其分布格局演变规律与交通条件的关系。结果表明:(1)1963年,高等级聚落个数较少,低等级聚落较多;高等级聚落多分布在水源条件好、耕地资源多而优的峰林-平原地带;(2)1963年到80年代期间,岩溶山区聚落发展主要集中于中等级聚落,高、低等级聚落变化不大;(3)到2004年,各等级聚落的数量和规模均得到了较大发展,但发展的强度主要出现在两极(1级、5级);(4)岩溶山区聚落等级变化受交通条件影响较大,同时也受制于区域经济发展水平、自然地理因素影响;(5)今后聚落优化建设、交通条件改善应以4级聚落作为重点对象,5级聚落的重构应重点考虑空间迁移,方向为公路两侧,以改善对外通达度。

典型峰丛洼地耕地、聚落及其与喀斯特石漠化的相互关系——案例研究

喀斯特石漠化,近年来已成为研究热点和引起国家层面重视,但当前研究并没揭示岩溶山地土地为什么会发生石漠化这一现象的本质,没有阐明岩溶山地农户为什么要进行不合理活动。通过典型案例研究从理论上解释岩溶山地农户为什么要进行不合理活动这个问题,以从本质上揭示石漠化发生的机理。为此,在贵州选择了6个典型峰丛洼地,采用2010年的10 m分辨率ALOS影像作为数据源,比较了6种不同的峰丛洼地组合地形中的耕地资源分布、聚落特征和石漠化发育情况。结果表明,6个研究点耕地和聚落数量、分布和石漠化的面积和分布存在一定的相互关系,这些相互关系可阐明土地承载力较低情形、土地承载力中等情形和土地承载力较高情形石漠化发生的过程;发现严重的石漠化只能出现在土地承载力低、人口压力大的区域,并据此进一步总结了峰丛洼地区石漠化形成的理论模型。从理论上揭示了峰丛洼地区土地承载力和人口压力是否协调决定了峰丛洼地区的生态质量状况,有助于从本质上认识石漠化的发生机理和指导石漠化的治理。

贵州典型峰丛洼地区域近50年村落演变规律及驱动机制

揭示当前多种因素驱动下聚落演变模式与功能转型的地域差异具有重要意义。通过长时间序列的高清影像数据,研究典型峰丛洼地区不同自然和社会经济条件下,近50年来,尤其最近10年乡村聚落在多重背景下的演变模式、内在机制,及其地域差异。结果发现:(1)研究区聚落分布分部主要受耕地、地形和道路的影响,聚落面积增长热点和聚落斑块增长热点的耦合关系存在区域差异;(2)聚落格局演变存在集聚与均匀分布两种趋势;(3)研究区聚落特征和演变的阶段性地域差异十分明显;(4)喀斯特山区聚落的规模变化、演变阶段和演变模式既存在一些共同性的特征,又有各自的差异性;(5)外部因素和聚落农户的自我调适是演化的主要驱动力。

基于聚落演变的岩溶山地聚落体系空间结构整合——以后寨河地区为例

基于高精度遥感影像和实地调查数据,选择黔中高原的典型岩溶山地普定县后寨河流域,探讨了1963～2010年岩溶山地的聚落和人口变迁,建立了基于聚落规模等级发展变迁和人口密度空间分布的乡村聚落发展适宜性和聚落整治类型评价方法。研究区大聚落和较大聚落主要分布在耕地条件和交通条件较好的中部峰丛洼地区东、西两侧,人口密度高值中心对应的往往是大聚落等级。研究区聚落可划分为重点村镇型、优先发展型、有条件扩展型、限制扩展型和迁弃型5类。

干旱胁迫对柑橘叶片保护酶系统的影响

对干旱胁迫对柑橘W.默科特叶片膜脂过氧化及膜保护酶活性进行研究,结果表明,在轻度胁迫(SRWC=65%)、中度胁迫(SRWC=45%)时,W.默科特叶片中SOD、POD活性均随水分胁迫程度的加深而表现出上升的变化趋势;CAT活性和MDA含量均随水分胁迫程度的加深而表现先下降后上升的变化趋势.但在重度胁迫(SRWC=25%～5%)时,SOD、POD、CAT活性均表现出下降的变化趋势,MDA含量缓慢上升.试验表明一定的干旱胁迫能显著提高保护酶的活性.

西南岩溶山地石漠化近50年演变——基于5个地点的案例研究

探讨岩溶山地长期以来的石漠化变化趋势,对于理解岩溶山地人地关系演变和石漠化的进一步治理具有重要意义。基于此目的,选择了贵州省5个典型岩溶山地区域,基于高分辨率遥感影像和实地调查,对其近50年期间岩溶石漠化的变化趋势进行了实证研究。结果表明:(1)石漠化面积、石漠化综合指数与石漠化面积比重、石漠化变化的幅度和动态度等表明,从1963年到2015年,石漠化演变经历了由增到减的转型,各研究区石漠化变化存在1980年代和2004年两个明显的转折点;(2)2010年以后,强度石漠化成为主要的变化类型,明显下降;(3)5个研究区因自然条件和社会经济背景不同,分别形成不同的石漠化演变模式,体现出石漠化演变在不同时段和不同地域的多样性;(4)石漠化转型演变与退耕还林政策和石漠化治理工程有关。研究结果为阐明中国西南岩溶山地石漠化长期演变趋势提供了参考。

近40年来贵州高原典型区土地利用变化及驱动机制

为了揭示喀斯特地区的土地利用变化过程及其驱动机制,以贵州高原普定县为研究对象,在GIS和RS技术支持下,结合景观指数分析方法,利用1973年MSS,1990年、2002年和2009年TM 4期遥感影像,对土地利用变化的幅度、速度、区域差异和景观格局进行了定量分析。结果表明:1.土地利用结构变化主要为耕地和林草地间的相互转化,主要表现为1990年之前,后者向前者转移,转移比例为28.83%;1990年之后,前者向后者转移,转移比例为16.30%。2.水域和难利用地面积先增加后减少,研究时段内比例分别增加了0.81%和1.14%,建设用地一直呈增加趋势,增加了2.98%。3.景观的破碎度和优势度先增加后减少,但多样性和均匀度先减少后增加。结合驱动力分析表明,研究期内整体可分为3个明显时段,分别为"1990年之前"、"1990—2002年"和"2002年之后",在遥感影像和土地利用图上呈现出生态"恶化"-"好转"-"并存"的特点,同与之相伴的"生态破坏"-"生态治理"-"开发与破坏并存"的人类驱动呈显著相关性。

茂兰喀斯特自然保护区聚落空间分布与演变特点

探讨自然保护区聚落空间分布与演变特点,对认识自然保护地区人地关系动态变化具有重要意义。本文采用1963年到2015年的高分辨率影像和地形图数据,研究了茂兰保护区聚落空间分布与动态演变。结果表明:(1)茂兰自然保护区的聚落集中分布在4个实验区,从1963年到2015年,实验区聚落一直呈增加趋势,2005年是聚落集聚程度经历了减弱再到增加过程的拐点;(2)在聚落规模增加的同时,聚落的功能也在发生着变化,形成了以旅游业为主的新型生态旅游型聚落;(3)保护区峰丛洼地中聚落面积与耕地面积二者呈显著的正相关,保护区聚落密度低、聚耕比小是保护区植被得以较完整保存的根本原因。研究结果有助于为查清茂兰自然保护地区人-地关系动态状况、为连片峰丛洼地区的人-地关系优化调控提供参考。

基于网格单元的喀斯特石漠化评价研究

以盘县为例,综合遥感数据等多种数据源,在ARCGIS软件中应用格网分析技术,建立石漠化综合评价指数,对研究区2004年石漠化空间分布图进行100m×100m、200m×200m、500m×500m、1000m×1000m格网分析,绘制基于单元的石漠化分布图,以探索区域尺度上石漠化评价的方法及其随空间尺度的变化。建立石漠化综合指数,充分考虑一定空间单元内的石漠化面积比例和斑块组合,评价结果反映石漠化严重程度的空间异质性。结果发现基于4种网格的石漠化评价结果与石漠化现状分布图存在一定的差异,其中对极强度石漠化的评价差异最小,对轻度石漠化评价的差异最大。

基于InVEST模型的典型石漠化地区生态系统服务评估——以晴隆县为例

生态系统服务功能对人类的生活有着重要意义,但是目前关于喀斯特地区的生态系统服务功能研究较少。本文采用InVSET模型中的水源涵养模块、土壤保持模块和碳存储模块对典型喀斯特地区睛隆县,进行了生态系统服务综合评估。同时为了进一步了解喀斯特地区的生态系统服务功能特异性,在GIS技术支持下,分析了石漠化等级与生态系统服务功能得分的关系。结果表明:2003—2013年,研究区三大生态系统服务功能的变化主要体现在数量上而非空间分布;其同时受三种生态系统服务功能控制的地区面积很小,仅占研究区总面积的0.01%,而受单一生态系统服务功能控制的地区相对较多;潜在石漠化和轻度石漠化地区的生态系统服务功能最好,是石漠化治理的重点保护区,而无石漠化地区和强度石漠化地区的生态系统服务功能最差,是石漠化的重点治理区。研究表明InVEST模型可以很好地对喀斯特地区的生态系统服务功能进行评估,为喀斯特地区的生态保护和治理提供科学的依据。

三种护坡植物根-土复合体抗剪强度比较

以紫穗槐、胡枝子及狗牙根根系及其与土壤构成的根—土复合体为研究对象,通过对根—土复合体的室内直剪试验,比较分析了不同物种根系和不同含根量对根—土复合体的抗剪强度的影响。结果表明,根系的存在提高了土体的抗剪强度,根—土复合体的抗剪强度随着含根量的增加而增大,但当含根量达到一定值时根—土复合体的强度增加并不明显,即存在最佳含根量范围;与无根扰动土相比,根—土复合体内摩擦角无显著变化,但显著提高了黏聚力,其中紫穗槐、胡枝子、狗牙根黏聚力平均增幅分别为47.5%,39.2%和38.9%;紫穗槐、胡枝子和狗牙根根—土复合体对土壤的抗剪强度影响不同。在水土流失区种植乔灌木物种能有效增加坡体稳定性,降低土壤侵蚀。

喀斯特石漠化演变轨迹的典型案例研究——以贵州盘县为例

本文以1974年MSS、1999年TM、2007年TM影像为基本数据源,辅以实地踏勘,考虑一个完整的峰丛洼地等,扣除其平坝部分后作为评价单元,获得了贵州省盘县3个时期的石漠化数据并计算了石漠化和无石漠化土地的演变轨迹。相应于1974年、1999年、2007年3个时段,研究区土地退化演变轨迹可分为8种,并可进一步归纳为不变型、逆转减弱型、反复型和加重型4种演变过程类型,从1974年、1999年到2007年未发生过变化的不变型轨迹面积占较高的比例。研究区的喀斯特土地可分为石漠化土地、无石漠化土地、石漠化已恢复土地和潜在可恢复石漠化土地。

岩溶地区土地利用和土地覆被与石漠化的相关性——以后寨河地区为例

根据西南喀斯特地区的土地利用和土地覆被特点,探讨喀斯特土地石漠化的本质特征。以贵州省普定县后寨河地区为案例,根据研究区不同季节的影像特征,在概念上阐明土地覆被与土地利用和石漠化之间的关系,并提出在判断喀斯特石漠化时要考虑地表的土地利用和土地覆被特征;指出研究区的石漠化土地为全年植被盖度低于10%的植被贫瘠区灰色覆被,从生态演替的角度把单峰型季节性绿色覆被即草坡划归为潜在石漠化土地。基于土地利用/土地覆被的石漠化分类评价方法,能够使所划分的石漠化土地具有明确的含义,无疑会更为准确并具有更强的实用性,对石漠化土地的治理更具有针对性。

对石漠化概念及其治理的再思考

进一步厘定喀斯特石漠化形成因素对西南喀斯特退化土地生态治理、恢复具有重要意义。梳理当前对石漠化认识有关理论的研究进展,提出喀斯特石漠化是岩溶山地人口增加打破了低土地承载力和低生产力背景下维系的脆弱平衡,而发生的土地退化。当前中国农户正经历着生计转型与多样化生计,对农业生产与农村土地依赖性逐渐减弱,岩溶山地人地关系模型出现了新变化,未来岩溶山地石漠化将呈现由扩展转向收缩的新态势。

基于标准化降水指数的贵州省近54年干旱时空特征分析

近年来中国干旱灾害频繁发生,对人们生活、生产造成了严重影响。以贵州省为例,选用标准化降水指数为干旱指标,分析年度和季节的干旱发生频率的变化特征。结果表明:近54年来,贵州省年季和季节干旱总体上呈现阶段化趋势,整体表现为干旱增加趋势,20世纪80年代中后期和21世纪初期是干旱频发期。干旱频率在空间分布上差异显著,东部地区年尺度干旱较为常见;季节尺度上,除了夏旱高频区呈零星状分布外,其他如春旱主要发生于中部及东部地区,秋旱高发区集中分布于中部和东北部地区,冬旱常发生于贵州省北部地区。研究表明SPI指数能够较好地反映研究区年际及季节性干旱变化特征,能为该地区制定防旱抗旱措施提供理论支撑。

茂兰喀斯特自然保护区撂荒地时空演变、机制及其植被恢复

本研究以高分辨率遥感影像和实地调查为基本数据源,运用Arcmap和Fragstats软件,研究了茂兰自然保护区弃耕撂荒地的空间分布与动态演变。结果表明:整个保护区的弃耕地主要集中在缓冲区和实验区;从2005年到2015年,弃耕地的空间分布范围明显减少,斑块面积逐渐增加;2005年和2010年,撂荒地数量与距聚落距离呈正相关,2015年,撂荒地主要分布在距聚落<200 m、600~800 m和>1 000 m的缓冲范围;弃耕地植被恢复型演替主要分布在核心区和缓冲区。研究结果为全面反映保护区的人地关系演变和生态恢复情况提供了参考。